[实用新型]应用于微生物燃料电池的控制装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电源技术领域，具体涉及一种应用于微生物燃料电池的控制装置。

背景技术

微生物燃料电池(MFC，Microbial Fuel Cell)能够将有机物直接转化为电能，作为一种新兴的技术，在新能源、污水处理、水质检测等方面得到了研究和应用。微生物燃料电池能够利用各种能被微生物降解的有机物为燃料，当采用可生物降解的废水为燃料时，可在产生电能的同时治理环境污染，实现废物的资源化利用，促进经济、社会与环境的协调发展。因此，微生物燃料电池为缓解和解决能源与环境问题提供了一种切实有效的新思路。

微生物燃料电池是利用电化学技术将微生物代谢能转化为电能的一种装置，是与微生物学、电化学及材料科学交叉融合而发展起来的一种全新的电能生产技术。如图1所示，为微生物燃料电池的原理图，MFC通常由两个室组成，即厌氧的阳极室和需氧的阴极室，燃料在阳极室细菌的催化作用下被氧化，产生的电子通过位于细胞外膜的电子载体，(例如，细胞色素)传递到阳极，再经过外电路到达阴极，质子通过质子交换膜到达阴极，氧化剂在阴极与质子和电子反应生成水。其中，电子载体通常为细胞色素，氧化剂一般为氧气。

在微生物燃料电池的研究和应用中，通常希望电池输出尽可能高的功率。相关研究表明，同其他类型的电池一样，微生物燃料电池的输出功率随着输出电压、电流的变化而变化，在某个输出电压或电流处，输出功率将达到最高值。如图2所示，为两种微生物燃料电池的输出电流-功率关系曲线。

由于微生物燃料电池利用电池中发生的各种生物化学、电化学过程产生能量，反应机理复杂，受各种因素影响较大。因此，微生物燃料电池的输出特性是变化的，其输出不仅受温度、反应物浓度、pH等因素影响，还随时间而变化。微生物燃料电池输出特性的变化，使电池难以持续工作在最大功率输出状态，从而限制了微生物燃料电池的应用。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种应用于微生物燃料电池的控制装置，能够使微生物燃料电池工作在最大功率输出状态，提高了微生物燃料电池的工作效率。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种应用于微生物燃料电池的控制装置，应用于微生物燃料电池向负载供电的系统中，包括电流采样电路、电压采样电路、MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)控制电路和可调节负载R_L；所述电流采样电路的输入端与所述电压采样电路的输入端分别与所述微生物燃料电池的输出端连接；所述电流采样电路的输出端与所述电压采样电路的输出端分别连接到所述MPPT控制电路的输入端；所述MPPT控制电路的输出端与所述可调节负载R_L的调节端连接。

优选的，所述可调节负载R_L包括：DC-DC变换电路和外部负载R；所述DC-DC变换电路连接在所述微生物燃料电池到所述外部负载R的供电线路上；所述MPPT控制电路的输出端与所述DC-DC变换电路的输入端连接。

优选的，还包括蓄电池；所述蓄电池与所述DC-DC变换电路连接。

优选的，所述DC-DC变换电路采用BUCK、BOOST、BUCK-BOOST这三种电路形式，或这三种电路的变形。

优选的，所述电流采样电路为电流传感器；所述电压采样电路为电压传感器。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供的应用于微生物燃料电池的控制装置，对微生物燃料电池的输出电压、电流进行检测，并通过MPPT控制算法对电路参数进行调节，能够使微生物燃料电池工作在最大功率输出状态，提高了微生物燃料电池的工作效率。

附图说明

图1为现有技术提供的微生物燃料电池的原理图；

图2为两种微生物燃料电池的输出电流-功率关系曲线图；

图3为本实用新型提供的微生物燃料电池控制原理图；

图4为本实用新型提供的应用于微生物燃料电池的控制装置的原理图；

图5为本实用新型提供的可调节负载R_L采用DC-DC变换电路和外部负载R时的控制原理图；

图6为本实用新型提供的采用扰动观察法时的控制流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细说明：